Om järnmalm

Järn, med den kemiska beteckningen Fe, är utan jämförelse världens viktigaste och billigaste metall. I naturen är järnet kemiskt bundet till syre, vatten, koldioxid eller svavel i olika mineral. Den genomsnittliga järnhalten i jordskorpan är 5-6%, och de enda mer rikligt förekommande grundämnena är kisel, syre och aluminium.

   Järnmalm är ett kommersiellt begrepp och används om järnrika mineral med sådan halt av järn att utvinning lönar sig. De viktigaste malmbildande mineralerna är:

MAGNETIT, Fe₃O₄ (72,36% järn), bildar magnetisk svartmalm. Stora fyndigheter av magnetit finns i Ryssland och Sverige, men magnetit förekommer också i andra länder som exempelvis Australien, Mauretanien och Chile.

HEMATIT, Fe₂O₃ (69,94% järn), blodstensmalm, som i fjällig form kallas järnglimmer. Hematit finns i riklig mängd i alla världsdelar.

GÖTIT, Fe₂O₃.H₂O (62,9% järn)

LIMONIT, Fe2O3.H2O (högst 62% järn); samlingsnamn för mer eller mindre förorenad götit, till exempel brun järnsten eller sjö- och myrmalm.

SIDERIT, FeCO₃ (48,2% järn); järnspat.

PYRIT, FeS₂ (46,55% järn), jordskorpans vanligaste sulfidmineral. Används för svavelsyraframställning och ger järnhaltiga kisbränder som restprodukt.

Mineralerna förkommer ytterst sällan i rent tillstånd. Oftast är de uppblandade med andra mineraler (gångart), som drar ner järnhalten. Koncentrationer ner till 30% järn kan vara lönsamma att bryta, om andra faktorer som gångartens sammansättning och fyndighetens storlek och åtkomlighet är gynnsamma.

   I malmen uppträder ofta kemiska komponenter som är oönskade och betraktas som föroreningar, till exempel fosfor, svavel och natrium och kalium (de senare benämns alkali). Andra komponenter kan vara uppskattade beroende på sammansättningen av övriga råvaror som den enskilde järn- och stålproducenten använder för sin produktion, exempelvis mangan och kalk.

   Järnmalmerna på den öppna världsmarknaden utgörs till helt övervägande delen av hematiter. De malmer som LKAB för närvarande bryter är annars huvudsakligen magnetiter, som är unika i sitt slag.

   Av lokal betydelse är också två andra malmtyper. I Mesabi Range i USA/Kanada bryts takoniter, som är hård, finkristallin, smalstrimmig magnetit. I Australien bryts pisolitisk malm, en sedimentär blandning av hematit och götit med tätpackade runda korn.

Förädlad järnmalm

Järnmalm förekommer i naturen alltifrån hård fast klyft till starkt nedvittrade material.

Malm som bryts i naturligt tillstånd kallas råmalm och kräver så gott som alltid någon form av behandling. Vanligen sker detta vid gruvorna genom exempelvis krossning, siktning, malning, sovring, anrikning eller pelletisering, innan malmen kan bli säljbar som förädlade produkter.

Som handelsvara förekommer järnmalm i olika former:

STYCKEMALMER, vanligen krossade ner till 10-25 mm,

SINTERFINES, vanligen med en max kornstorlek av 6-10 mm (sinterfines är den gemensamma benämningen för mull och slig),

PELLET FEED, mycket finkorniga koncentrat som är mindre lämpliga för vanlig sintring,

PELLETS eller kulsinter, malm som före sintring vid 1 200-1 300 °C har överförts till kulform genom pelletisering i trummor eller tallrikar.

Järnframställning

Järnframställning går ut på att avlägsna det till järnet bundna syret, vilket sker med ett reduktionsmedel med större förmåga att binda syret, exempelvis kol eller väte.

   Kommersiellt omvandlas järnmalm till järn antingen i masugn, som är det helt dominerande förfaringssättet, eller med så kallad direktreduktion. LKABs malmbehandling är i hög grad inriktad mot att på bästa sätt anpassa malmprodukterna för de två processvägarna.

MASUGNSPROCESSEN

I masugnen reduceras och smälts malmen till flytande råjärn. Det sker i ett högt schakt, där en blandning av malm och koks möter varm luft i motström. Luften förbränner koksen, vilket ger värme och en reducerande gas (koloxid). I masugnsschaktet måste malmen vara av sådan beskaffenhet att gasgenomsläppligheten inte försvåras och att reduktionen till järn går lätt. Finkornigt material täpper igen schaktet, och svårreducibelt material höjer bränsleförbrukningen.

   Den helt dominerande delen av världens råjärnsproduktion utgörs av lågfosforråjärn (<0,15 % fosfor).

   Styckemalmer används efter siktning för direkt uppsättning på masugnen. Viktiga egenskaper är: god transporthållfasthet, så litet sönderfall under reduktionen som möjligt och hög reducerbarhet. Tillgången på goda styckemalmer är begränsad. Högklassig styckemalm från några gruvor i Australien, Brasilien, Indien och Sydafrika används tillsammans med pellets också för direktreduktion.

   Sinterfines (mull eller slig) är för finkornig för att kunna användas i masugnen och måste därför sintras. Med sintring menas att man på termisk väg åstadkommer en sammanbindning av malmkorn till större stycken. Vid vanlig sintring blandas malmen med koksstybb som antänds och förbränns under kraftig luftgenomströmning. Härvid måste blandningen vara relativt genomsläpplig, dvs. den bör vara löst packad och får inte vara alltför finkornig. Högst 20 % under 0,1 mm brukar anges som gräns nedåt. Sinter tillverkas med endast få undantag hos konsumenten, eftersom produkten lätt faller sönder vid ovarsam transport.

   Pellets eller kulsinter är liksom den traditionella sintern ett agglomerat. För pelletiseringen används mycket finkorniga malmer, s.k. pellet feed, som generellt sett inte är lämpade för vanlig sintring. Pellet feed kan vara mycket finkorniga koncentrat, som kommit fram efter malning och anrikning, eller naturliga ”ultrafines” (finns i t.ex. Brasilien).

   Pellets framställs huvudsakligen hos malmproducenten, där producenten inte endast avlägsnar icke önskvärda komponenter i den ingående malmråvaran utan också genom tillsatser av önskade ingredienser kan förbättra produktens egenskaper inom vissa gränser. Sålunda tillverkar LKAB pellets med tillsats av olivin (ett magnesiumsilikat) som förbättrar kulornas hållfasthet fram till smältningszonen i masugnen och dessutom ger kulorna en intressant kemisk sammansättning.

   LKAB är hittills tämligen ensamt om att tillverka olivinpellets. En del av pelletsutbudet på marknaden utgörs ännu av sura pellets, dvs. pellets där SiO₂ utgör den huvudsakliga slaggkomponenten. Några producenter tillverkar engående pellets, i vilka SiO₂ balanseras mot CaO, vanligen genom tillsats av kalksten.

   I pelletiseringsprocessen används vanligen olja, ibland kol eller naturgas, som bränsle för att uppnå den sintringstemperatur på ca 1250 C som ger kulorna tillräcklig hållfasthet. Vid bränningen oxideras magnetit till hematit, en värmealstrande kemisk reaktion som bidrar till att LKAB kommer ner i mycket låg energiförbrukning, och därmed ett lågt koldioxidutsläpp, jämfört med flertalet konkurrenter.

DIREKTREDUKTIONSPROCESSEN

Vid direktreduktion reduceras malmen vid lägre temperatur och övergår aldrig till flytande form. Direktreduktionsmetoderna används företrädesvis där billig naturgas finns att tillgå. Processer baserade på kol har varit mindre framgångsrika.

   Schaktugnsprocesserna (Midrex och HyL), som är de helt dominerande, beskickas med pellets och styckemalm, på vilka kraven är något annorlunda än de är för malmer för masugnsbruk. Här är det framför allt hög järnhalt, låga halter av sura komponenter (SiO₂ och Al₂O₃), liten finesgenerering samt goda reduktionsegenskaper i vätgasrik atmosfär vid låga temperaturer som gäller.

 

Järnmalm för andra ändamål

Järnmalm används också inom områden utanför den egentliga järn- och stålindustrin.

Omkring hälften av världens produktion av tekniskt järnpulver, som vidarebehandlas i olika steg till press-, svets- och skärpulver, framställs idag genom reduktion av höganrikad järnmalmsslig. Andra hälften framställs genom atomisering av stålsmälta. Den totala världskapaciteten för malmbaserat järnpulver ligger på cirka 300 000 ton per år. Den dominerande reduktionsmetoden är alltjämt Höganäs-metoden, till vilken LKAB i decennier har varit en dominerande leverantör.

   Magnetit har på grund av sin höga täthet och höga värmelagringsförmåga också funnit ett användningsområde för tillverkning av värmelagringsblock. Dessa används, främst i Storbritannien, för att tillvarata elenergi under natten när eltaxan är låg. LKAB dominerar även denna marknad.

   På grund av sin täthet används järnmalm också som tungmaterial (ballast), till exempel för beklädnad av oljepipelines som skall läggas på havsbotten eller för oljeplattformar och brofundament. Denna marknad är starkt fluktuerande beroende på utbyggnaden av oljeindustrin. Järnmalmens egenskaper har också gjort den användbar som strålningsdämpande isoleringsmaterial.

   Höganrikad magnetitslig används i begränsade mängder för suspensionsanrikning av kol (metoden bygger på att kol och bergart, som har olika täthet, skiljs åt i en suspension innehållande fina magnetitpartiklar) och för framställning av katalysatorer för ammoniaksyntes.

   Ett användningsområde för LKABs magnetit är också som fyllnadsmedel i polymerer som ljuddämpningsmaterial i fordon samt i vatten- och avloppsledningar.